吳凱：讓電池成為“六邊形戰(zhàn)士”
時間:2024-01-05 09:02來源:科技日報 作者:操秀英
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在2023年12月舉辦的中國國際供應(yīng)鏈促進(jìn)博覽會上，智能汽車鏈展區(qū)展出的麒麟電池吸引了大量觀眾。
研制這款電池的總工程師就是寧德時代新能源科技股份有限公司（以下簡稱寧德時代）首席科學(xué)家吳凱。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員從零開始，瞄準(zhǔn)行業(yè)“痛點(diǎn)”、勇于創(chuàng)新，推出麒麟電池、凝聚態(tài)電池等系列產(chǎn)品。
2023年12月4日，國家卓越工程師和國家卓越工程師團(tuán)隊(duì)擬表彰對象公示，吳凱榜上有名。
近日，吳凱接受科技日報記者采訪，講述他在中國動力電池行業(yè)開拓奮進(jìn)的動人故事。
拆掉電池“承重墻”
記者：此前您帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)推出麒麟電池，在業(yè)內(nèi)引起較大反響。這款電池有何特點(diǎn)？
吳凱：麒麟電池實(shí)際上是寧德時代第三代CTP電池包。CTP是英文Cell to Pack的簡寫，即電芯直接集成為電池包的無模組電池技術(shù)。相較于傳統(tǒng)“電芯—模組—電池包”的三級結(jié)構(gòu)，CTP技術(shù)減少了模組組裝環(huán)節(jié)，將電芯直接集成至電池包，提高了電池系統(tǒng)的集成效率，提升了系統(tǒng)能量密度，極大降低了制造成本。
記者：麒麟電池與前兩代CTP電池包相比最大的特點(diǎn)是什么？
吳凱：簡單來說就是，麒麟電池的電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步優(yōu)化了。我們把橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一，集成為多功能彈性夾層。這樣一來，電池的空間利用率被極大地提升了，電芯在使用過程中因輕微膨脹導(dǎo)致的壓力也得以釋放。由此，電芯可以自由“呼吸”，電池的可靠性提高不少，壽命也得到延長。
記者：您能否通俗地解釋下電池包結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程？
吳凱：電池的能量密度主要取決于兩個因素：電池單體性能和電池包結(jié)構(gòu)。電池包結(jié)構(gòu)決定一個包里能放幾個電池單體，電池單體放得越多電池包能量密度越高。因此，我們要想方設(shè)法在體積固定的電池包里放盡量多的電池單體。
這個過程類似于我們想辦法在一座房子里放更多物品。此前，我們是在不改變房屋結(jié)構(gòu)的前提下來實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的，而現(xiàn)在我們是把房子里的一些墻拆掉，騰出更多空間，這樣就能放更多物品。
記者：這似乎不是個很難想到的思路，為何此前一直沒人嘗試呢？
吳凱：知易行難。改變電池包的結(jié)構(gòu)太難了。傳統(tǒng)電池包多采用橫縱梁結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠讓電池包有較高的強(qiáng)度。
還拿房子來打比方。傳統(tǒng)電池包里的橫縱梁好比房屋內(nèi)的承重墻。為了讓房屋面積更大，在裝修時可以拆除一些墻，但不能拆承重墻，因?yàn)樗且ＷC房子穩(wěn)固、安全的。但是我們做的，恰恰是把電池里的“承重墻”——橫縱梁拆掉。
記者：橫縱梁被拆掉后，保證電池的穩(wěn)定性是個難題。
吳凱：沒錯。不僅是拆除橫縱梁，要想讓電池包有更高的強(qiáng)度，還要對電芯排列、結(jié)構(gòu)件設(shè)計等進(jìn)行重新安排。比如，要制造強(qiáng)度更高的電池包，需要較厚的外包裝材料。但這樣的材料會占較多空間，留給電池單體的空間就小了，電池包的能量密度也會受到影響。該如何平衡，這是技術(shù)難題。
記者：您的團(tuán)隊(duì)是如何解決這些難題的？
吳凱：只能靠不停的嘗試，從無數(shù)種可能中找到最優(yōu)解。每次有新想法出來，我們團(tuán)隊(duì)就會立刻組織實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行仿真、打樣驗(yàn)證。哪怕100次試驗(yàn)中只有一次得到了可靠的結(jié)果，那也表明這個想法是有可能實(shí)現(xiàn)的。就是抱著這樣的信念，我們從無數(shù)次失敗中走出來，研發(fā)出了麒麟電池。
挖掘并創(chuàng)造新需求
記者：伴隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，我國動力電池行業(yè)也迅速發(fā)展。您認(rèn)為主要原因是什么？
吳凱：這首先得益于國家的政策。早在2009年，國務(wù)院就出臺了《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，安排資金支持新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同年，科學(xué)技術(shù)部、國家發(fā)展和改革委員會等啟動“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應(yīng)用工程”。此后，相關(guān)部門陸續(xù)出臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和配套政策，給了行業(yè)和相關(guān)企業(yè)巨大信心，也引導(dǎo)了產(chǎn)業(yè)投資方向。
記者：國家在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期“扶一程”的舉措至關(guān)重要，企業(yè)也抓住了機(jī)遇。
吳凱：是的。我們?nèi)袠I(yè)協(xié)同努力，堅持技術(shù)創(chuàng)新，攻堅克難，解決了電動汽車各種“痛點(diǎn)”問題。
我們團(tuán)隊(duì)給國外某車企供應(yīng)的第一塊電池的續(xù)航里程才100多公里，而現(xiàn)在麒麟電池的續(xù)航里程能達(dá)到1000多公里。總體來看，過去10年，我國動力電池的能量密度大概提升了2倍至3倍，低溫性能也得到了大幅提升。
記者：那么，您認(rèn)為可以做出“我國動力電池技術(shù)已處于全球領(lǐng)先水平”的判斷嗎？
吳凱：是的。近年來，行業(yè)內(nèi)新材料、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，我國動力電池已經(jīng)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段。同時，放眼全球，頂尖企業(yè)不斷涌入這個賽道，競爭日趨激烈，中國企業(yè)要想保持競爭優(yōu)勢，只能依靠科技創(chuàng)新。
記者：科技創(chuàng)新的目標(biāo)是什么？
吳凱：不斷提高能量密度和降低成本，是我們動力電池領(lǐng)域科研人永恒的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，我們就需不斷探索新的電池結(jié)構(gòu)、新的制造工藝和新材料，努力讓電池成為“六邊形戰(zhàn)士”。
記者：怎么理解“六邊形戰(zhàn)士”？
吳凱：“六邊形”指的是安全性、能量密度、循環(huán)壽命、充電倍率、耐溫性、BMS（電池管理系統(tǒng)）控制等影響電池性能的六個方面。它們是一個有機(jī)整體，任何一個面出現(xiàn)問題，都會影響電池的整體表現(xiàn)。
記者：現(xiàn)在業(yè)內(nèi)提出的固態(tài)電池、凝聚態(tài)電池等新技術(shù)方向，都是為了更好地打造“六邊形戰(zhàn)士”。
吳凱：沒錯。每種化學(xué)體系的電池都有比容量“天花板”，也就是里程極限。這是由電池化學(xué)屬性決定的。想讓電池成為“六邊形戰(zhàn)士”，就要不斷突破原有體系，使用性能更優(yōu)的材料。因此，我們要不斷探索新的電池結(jié)構(gòu)和設(shè)計，解決目前動力電池使用中的“痛點(diǎn)”問題。但僅做到這些是不夠的，我們還要挖掘并創(chuàng)造新的需求。
記者：后者怎么理解？
吳凱：我們內(nèi)部總是舉一個例子。在初創(chuàng)時期，福特汽車曾進(jìn)行市場調(diào)研，問消費(fèi)者想要什么樣的汽車，結(jié)果反饋是——他們想要一輛跑得更快的馬車。這說明消費(fèi)者有時候并不知道更好的產(chǎn)品是什么，也不知道一種新技術(shù)會帶來哪些變化。
記者：從這個角度來看，我們在研發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)的一些技術(shù)創(chuàng)新，或許能帶動新的應(yīng)用。
吳凱：確實(shí)如此。比如，在2023年4月舉辦的第二十屆上海國際汽車工業(yè)展覽會上，寧德時代發(fā)布了凝聚態(tài)電池。其單體能量密度高達(dá)500千瓦時/千克，是一款航空級電池，可被用于民用電動載人飛機(jī)上。在我們沒有實(shí)現(xiàn)這個能量密度前，誰也不知道它能用在飛機(jī)上。
記者：隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用空間也越來越大。
吳凱：天上飛的、地上跑的，都需要電池。電池還是重要的儲能工具。它將融入社會生活的方方面面，未來人均可利用電池量將成為可再生能源利用水平的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)。
練好基本功、發(fā)揮想象力
記者：您描繪的動力電池的未來充滿無限可能，您也見證了我國動力電池行業(yè)的發(fā)展。您最初為何選擇投身這個領(lǐng)域？
吳凱：我是“誤打誤撞”開始做動力電池研發(fā)的。我本碩就讀于上海交通大學(xué)船舶系，當(dāng)時一心想著要為祖國造大船。不過，畢業(yè)后我去武漢大學(xué)當(dāng)老師了，教學(xué)生造船。一個偶然的機(jī)會，我的同學(xué)曾毓群邀請我一起創(chuàng)業(yè)，我們就這樣走上了鋰電池研發(fā)之路。
記者：您轉(zhuǎn)行了，而且跨度還挺大。您一開始是不是面臨很多困難？
吳凱：我們企業(yè)最初做的是消費(fèi)電子產(chǎn)品的電池，而且很幸運(yùn)被納入了國外頂尖企業(yè)的供應(yīng)鏈。在積累了近10年后，國家開始大力支持新能源產(chǎn)業(yè)。我們認(rèn)為這是一個更廣闊的舞臺，所以成立了寧德時代，專注動力電池的開發(fā)。有些人說寧德時代橫空出世，怎么發(fā)展這么快，其實(shí)不是這樣。因?yàn)橛辛饲靶┠暝谙M(fèi)電子領(lǐng)域的積累，我們才能厚積薄發(fā)。
記者：如今在這個領(lǐng)域深耕多年，您有哪些感悟？
吳凱：我最深的感受是，一定要扎實(shí)搞研發(fā)、打磨產(chǎn)品，堅信想做的事一定能做成。鋰電池是個競爭比較激烈的行業(yè)。在剛進(jìn)入這個領(lǐng)域時，我們就面臨和日韓巨頭企業(yè)比拼。當(dāng)時，我們是一家不知名的企業(yè)，開會時客戶甚至連桌簽都不給我們放。但我們憑著“初生牛犢不怕虎”的沖勁，以及過硬的產(chǎn)品質(zhì)量，一路過關(guān)斬將，逐步贏得市場。
記者：動力電池行業(yè)目前最需要哪類人才？
吳凱：從專業(yè)上來講，因?yàn)殡姵氐难邪l(fā)生產(chǎn)涉及材料、機(jī)械、物理、電子、精密儀器等眾多領(lǐng)域，所以我們最需要的是復(fù)合型人才。從個性特質(zhì)上來講，我希望年輕人富有創(chuàng)新活力、敢想敢干。
記者：寧德時代技術(shù)團(tuán)隊(duì)的人才結(jié)構(gòu)是什么樣的？
吳凱：我們內(nèi)部有一支將近2萬人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。其中，3000多人擁有碩士或博士學(xué)位。同時，我們還建立了一個開放的創(chuàng)新體系，與高校、科研機(jī)構(gòu)、院士團(tuán)隊(duì)開展了深入合作。
記者：您會采取哪些措施激發(fā)人才的積極性和創(chuàng)新活力？
吳凱：寧德時代有一個創(chuàng)新研發(fā)平臺，專門用來孵化內(nèi)部的創(chuàng)意。哪個項(xiàng)目有難題解不開，可以在平臺上集思廣益。員工有好的創(chuàng)意，該平臺也會給予資金等支持。一旦你提出的創(chuàng)意被采納，不管你后期是否參與創(chuàng)意落實(shí)的工作，都能獲得相應(yīng)的獎勵。我們有很多好點(diǎn)子都來自這個平臺。
記者：最后，您有什么想對青年科研人員說的？
吳凱：我的辦公室放了一個牌匾，上面寫著“練好基本功、發(fā)揮想象力”，這是我們公司的研發(fā)文化。練好基本功的重要性不言而喻。創(chuàng)新不是空中樓閣。無論是在學(xué)習(xí)還是工作階段，年輕人都要“沉”下去，把專業(yè)知識搞懂弄透。在此基礎(chǔ)上，就像前面說的，我們要大膽想象、敢于創(chuàng)新。我希望年輕人在這兩個方面一定要兩手抓、兩手都要硬。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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